传感器技术及其应用PPT学习教案

1、会计学1传感器技术及其应用传感器技术及其应用10.1 光栅基础光栅基础第1页/共45页第2页/共45页mm、250线mm）。圆光栅还有一个参数叫栅距角或称节距角,它是指圆光栅上相邻两条栅线的夹角。光栅结构如图10.1所示。第3页/共45页图10.1 光栅的结构 第4页/共45页第5页/共45页图10.2 圆光栅栅线 第6页/共45页第7页/共45页图10.3 莫尔条纹原理第8页/共45页wwB2sin2(10.1) 1wBk(10.2) 第9页/共45页第10页/共45页2. 运动对应的关系运动对应的关系由图10.1知,若光栅栅距为w,i为刻线数,x为移动距离,则 x=i w (10.3) 将

2、式（10.3）代入式（10.1）中,有 (10.4) 当i和一定时,B与移动距离x成正比。ixB 第11页/共45页第12页/共45页3. 误差减小作用误差减小作用光栅在制作过程中必然会引入刻划误差。光电元件获取的莫尔条纹是指示光栅覆盖区域刻线的综合结果,对刻划误差有平均作用,从而能在很大程度上消除栅距的局部误差及短周期误差的影响。这是光栅传感器精度高的一个重要原因。刻划误差是随机误差。设单个栅距误差为,形成莫尔条纹区域内有N条刻线,则综合误差为N(10.5) 第13页/共45页10.2 光栅传感器的工作原理光栅传感器的工作原理10.2.1 光电转换原理光电转换原理光栅传感器的光电转换系统由光

3、源1、聚光镜2、光栅主尺3、指示光栅4和光敏元件5组成,如图10.4(a)所示。当两块光栅作相对移动时,光敏元件上的光强随莫尔条纹移动而变化,如图10.4(b)所示。在a处,两光栅刻线不重叠,透过的光强最大,光电元件输出的电信号也最大；第14页/共45页角波形呈近似正弦波曲线。第15页/共45页图图10.4 光电转光电转换换第16页/共45页wxUUUm2sin0(10.6) 第17页/共45页用光闸莫尔条纹测量位移的原理。第18页/共45页10.2.3 辨向原理辨向原理位移测量传感器如果不能辨向,则只能作为增量式传感器使用。为辨别主光栅的移动方向,需要有两个具有相差的莫尔条纹信号同时输入来辨

4、别移动方向,且两个莫尔条纹信号相差90相位。第19页/共45页第20页/共45页图10.5 辨向原理 第21页/共45页数器中作减法运算。这样就完成了辨向过程。图10.6为辨向原理电路框图。第22页/共45页图10.6 辨向原理电路框图 第23页/共45页n（3） 机械和光学细分。10.3 莫尔条纹细分技术莫尔条纹细分技术第24页/共45页第25页/共45页图10.7 四路电信号波形第26页/共45页 图10.8 四倍频细分(a) 四倍逻辑；（b） 波形图第27页/共45页第28页/共45页图10.9 CCD直接细分 第29页/共45页误差。第30页/共45页第31页/共45页第32页/共45页第33页/共45页PqwPLsin(10.7) 第34页/共45页第35页/共45页第36页/共45页10.3.4 光栅传感器的误差光栅传感器的误差单件光栅的误差是由刻划工艺和刻划设备决定的。计量光栅大多数是在构成莫尔条纹的情况下使用。由于莫尔条纹的平均误差作用,使局部刻划误差的影响大大减小。设光电接收元件所覆盖的光栅刻线总数为N,单个栅距误差为,则可利用式(10.3)粗略地描述平均误差与单个栅距误差之间的关系。第37页/共45页100020010wN)321141(N第38页/共45页第39页/共45页10.4 常用光学系统常用